區塊鏈:深度：比特幣就是時鐘（上）

一輪漾著清輝的時鐘高懸于空，

宣告時間沒有對錯。

—— 羅伯特·弗羅斯特，《我與夜晚熟稔》（1928）

我們仍未猜透時間這個巨大的謎題。時間不過是一個概念；我們甚至不知道它是否真的存在……

——Clifford D. Simak，《莎士比亞的星球》（1976）

俗語有云，時間就是金錢。反之，金錢也是時間：時間就是人類體內存儲的所有經濟能量。然而，時間和金錢之間的關系遠比乍看之下復雜得多。如果創造金錢不需要時間，金錢就不成其為金錢，至少無法長時間發揮金錢的作用。再想深一層，追蹤信息世界的事物就是追蹤時間。

當金錢數字化，我們必須就時間的定義達成共識，這就是問題所在。或許你覺得報時無非就是瞥一眼旁邊的時鐘那么簡單。如果只是處理日常工作，你這么想也行。但是，如果要讓一個全球的、人們在其中各行其是的分布式網絡同步推進狀態，報時就成了巨大的難題。如果時鐘無法信任，你該如何獲得正確的時間？如果你的系統跨越星系，你該如何建立時間的概念？在沒有時鐘的世界，你該如何衡量時間？時間究竟是什么？

為了解答這些問題，我們必須進一步了解時間的概念，以及比特幣是如何自創時間單位（出塊時間，也就是我們通常所說的區塊高度）的。我們將探索的問題包括：為什么計時最終會與記賬聯系起來？為什么去中心化系統中沒有絕對時間？比特幣是如何利用因果關系和不可預測性來定義 “現在” 這一時態的？

記時器已經多次為文明社會帶來巨大改變。正如 Lewis Mumford 在 1934 年所說：“工業時代最重要的機器不是蒸汽機，而是時鐘。” 如今，計時器再一次推動現代文明發生變革：信息時代最重要的機器不是計算機，而是時鐘。這個時鐘就是比特幣。

“讓孩子學習數東西，從而獲得數字的概念。在計數的時候，這些東西就可以當作都是一模一樣的，它們可能是單個對象或一組對象。”

—— David Eugene Smith，《初等數學教學》（1900）

總的來說，我們可以通過兩種方法來追蹤物品：物理象征物和賬本。你可以直接使用現實世界中的物品，例如，貝殼、硬幣或其它有形的東西（來表達相應的數量）；也可以通過在一張紙上記下已經發生的事來復制世界的狀態。

Channels與Booster達成深度戰略合作:據官方消息，Channels與Booster已達成深度戰略合作，用戶在Booster上可選擇將資金存入Channels以獲得獎勵。雙方還展開了一系列獎勵活動：4月30日14點至5月7日14點，Booster上的用戶選擇存款到Channels，即可參與瓜分800CAN的獎勵。4月30日21點至5月3日21點，在Channels上的“質押”頁面質押BOO(Booster平臺幣)可無損挖CAN(Channels平臺幣)。

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Booster是一款綜合性收益聚合器，其核心是讓用戶的資產能通過更便捷、快速的途徑實現增值。[2021/4/30 21:13:17]

想象一下，你是一個牧羊人，想要確保每只羊都會返回家中。你可以為每只羊戴上項圈，每當有一只羊回家，你就取下那個項圈，掛在棚子里。假設每個項圈都會掛到一個單獨的掛鉤上，只要掛鉤都掛滿了，就說明所有羊都到家了。當然了，你也可以每次都數一遍，然后列一張表。然而，每當你開始數之前，你都要重新列一張表，防止重復計數或漏計。

貨幣本質上就是用來追蹤債務的工具。總的來說，迄今為止充當過貨幣的東西可分為兩類：物理制品和信息列表。更通俗一點的說法就是，象征物和賬本。

理解這兩類貨幣的本質區別很重要。我要在此作出明確說明：物理象征物?直接?表示事物的狀態；賬本則?間接?反映事物的狀態。二者各有優缺點。例如，象征物是物理的、分布式的，賬本是信息化的、中心化的；象征物本質上是免信任的，賬本不是。

在數字世界，我們只能使用賬本（雖然總有許多 “大師” 想讓你相信還有別的辦法）。這是?信息?世界，不是物質世界。即使你將某類信息定義為 “象征物”，它依然是一段寫入硬盤或某種信息存儲媒介的可塑信息，以信息記錄的形式呈現出來。

所有數字信息本質上都是賬本，這就是產生 “一幣多花” 問題的根源。信息從不直接表示世界的狀態。此外，信息的移動也意味著信息能夠復制。信息存在于某個地方。要想 “移動” 信息，你必須將它復制到另一個地方，然后將原有信息刪除。物質世界則不存在這種問題，移動就是移動，并不意味著復制。信息世界不具備這種特征。如果你想將信息從表 A “移動至” 表 B，你必須將信息從表 A 復制到表 B。除此之外，沒有其它方法。

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另一種思路是 “惟一性”。物理象征物是獨特的原子組合，不能輕易復制。純粹的信息不具備這一特征。只要你可以閱讀某個信息，你就可以將它完美復制出來。因此，我們可以得出這樣一個結論，物理象征物具備獨特性，數字象征物不具備。我甚至認為 “數字象征物” 一詞有待商榷。象征物可以表示秘密信息，但絕不會表示絕無僅有、不可復制的信息。

這種特征差異表明，信息實際上是無法 “移交” 的。數字象征物不可能像物理象征物那樣轉移，因為你無法確定原所有者是否破壞了信息。和所有信息一樣，數字象征物只能像想法一樣被傳播。

“……如果你有一個蘋果，我也有一個蘋果，我們可以互換蘋果，換完之后還是一人一個蘋果。但是，如果你有一個想法，我也有一個想法，我們交換完之后，每人就有兩個想法。”

—— Charles F. Brannan (1949)

物理象征物（我們稱之為物理不記名資產，或 “現金”）不會面臨這種困境。在現實世界中，如果你給了我一枚硬幣，你就失去了這枚硬幣。這世上沒有魔法可以復制這枚硬幣，要讓我得到一枚硬幣，就必須把一枚硬幣交給我。物理世界的規律阻止了一幣多花。

雖然非數字世界確實存在多重花費的情況（臭名昭著的詐騙犯 George Parker 就曾靠著一房多賣牟利，賣的還是布魯克林大橋等地標建筑），但是這需要精心設計的騙局和容易上當的買家。數字世界就不一樣了。

在數字世界，由于我們總是在與信息?打交道，多重花費是一個固有的?問題。凡是復制過文件或使用過復制粘貼功能的人都知道，信息是可以完美復制的，而且它不會與保存該信息的媒介綁定。假設你有一張數碼照片，你可以將它復制 100 萬次，將其中一些副本存入 U 盤，并將其發送給成千上萬的人。完美的副本是可以實現的，因為可以使用完美的修正手段，消除一切瑕疵。最重要的是，復制幾乎是零成本的，而且副本與原件之間無法區分。

聲音 | 科學技術部黨組成員：各制造企業要加速區塊鏈等新一代信息技術與制造業的深度融合:據新浪財經報道，科學技術部黨組成員、科技日報社社長李平演講表示，各制造企業要主動擁抱信息革命的最新成果，加速人工智能、5G和區塊鏈等新一代信息技術與制造業的深度融合，加大科研和人才投入，重構制造業技術體系和價值鏈體系，提高智能化服務水平，努力掌握更多的核心技術和自主知識產權。[2019/12/29]

再說一遍：信息只存在復制一說。數字信息是無法從 A 移動?至 B 的，只能從 A復制?到 B。如果復制成功，再將A 處的原件刪除，才能叫 “移動”。這就是為什么多重花費問題如此棘手。沒有權威機構，就無法以不帶對手方風險的方法將任何信息從 A 轉移給 B。我們必須相信原件會被刪除。一個天然的副作用就是，就數字信息而言，我們無法確定存在多少副本，以及這些副本都在哪里。

因此，數字象征物永遠都無法充當貨幣使用。象征物因其獨特的物理構造而難以復制，從而具備可靠性。到了數字世界，這一優勢蕩然無存。在數字世界，象征物是不可信的。由于信息的固有特性，數字貨幣的唯一可行形式只能是賬本，而非象征物。因此，數字貨幣不得不面對時間問題。

“看得見的東西是一時的，看不見的東西是永恒的。”

——Paul of Tarsus, Corinthians 4:18b

對于物理象征物來說，交易是在什么時候發生的（你的錢是從哪里來的）并不重要。你的兜里要么有錢，要么沒有。要么花掉，要么不花。花錢的唯一前提就是兜里有錢。剩下的全交給自然法則。從這個意義上來說，物理象征物是無需信任且不帶時間屬性的。

對于賬本來說，物理占有就沒那么重要了。管理賬本的人需要確保所有賬目都井井有條。原本由物理定律（你無法花費不屬于你的錢，也不能重復花費同一筆錢）賦予的特征必須由人為制定的規則來強制實現。正是這些規則（而非物理定律）在維持賬本的有序運作。

從物理定律轉向人為制定的規則就是問題的癥結所在。后者是可以修改和破壞的，前者則不然。例如，你無法 “偽造” 一枚實物金幣，你得從地底下挖出金子。但是，你可以在紙上偽造金幣。你只需要在賬本上添加一個條目，聲稱自己有一些金幣就行。如果是央行，只需要在電腦上敲幾個鍵，就可以增發數萬億美元。（金融從業人稱之為 “再抵押”、“部分準備金制度” 和 “量化寬松” —— 但是千萬不要被這些花里胡哨的術語弄糊涂了，它們本質上都是造假錢。）

聲音 | 陳宗建：利用區塊鏈等技術和實體經濟的深度融合:據中國金融商報網3月10日報道，新經濟專家陳宗建在接受美國華文新銳媒體《中美創新時報》灣區經濟專題訪談時表示，相比較粵港澳大灣區和杭州灣大灣區，數字自貿區將是渤海大灣區最大的亮點。他認為，數字自貿區建設尤其是先行示范區的建設一定要以若干科技手段、市場機制、政策機制和法律機制等創新舉措作為推進手段。要以數字科技手段推進數字自貿區建設，充分運用大數據、云計算、物聯網、人工智能、區塊鏈等技術和實體經濟的深度融合。[2019/3/10]

為了確保賬本以及管理賬本的人沒有弄虛作假，我們必須定期對賬本進行獨立審計。對賬本中的每個條目進行核算不是什么了不得的事 。審計員要能檢查過去的賬簿，來確保賬本的可靠性和有效性。沒有可靠的時間戳，我們就無法驗證賬本的內部一致性。我們必須建立一個機制來確定交易順序。

如果沒有一個絕對的時間概念，我們就無法確定交易順序。如果無法確定交易順序，我們就無法保證賬本沒有偽造。除此之外，還能有什么方式來證實你擁有多少錢？還能有什么方式來確保所有賬目都井然有序？

象征物和賬本之間的區別凸顯了追蹤時間的必要性。在物理世界，貨幣是不帶時間屬性的人工制品，可以在無人監督的情況下用于交易。在數字世界中，標記貨幣需要時間戳。

“時間能刻上一切印記，也能抹去一切印記。”

——Yahia Lababidi (b. 1973)

解決多重花費問題（確保每筆數字轉賬僅發生一次）最常見的方法是創建一個中心化交易列表。一旦你有了一個中心化交易列表，你就有了可以充當唯一真相來源的賬本。這時，解決多重花費問題就很簡單，只需仔細檢查交易列表，確保每條賬目都正確無誤即可。這就是 PayPal、Venmo、Alipay 以及全球所有銀行（包括央行）解決多重花費問題的方法：權威機構。

“這一過程的問題在于，收款人難以檢驗，之前的某位持有者是否多重花費過某一筆錢。通常的解決方案是，引入可信的第三方權威，或類似鑄幣廠之類的機構，來對每一筆交易進行檢驗，以防止多重支付……該解決方案的問題在于，整個貨幣系統的命運完全依賴于鑄幣廠的運營方，因為每一筆交易都要經過該鑄幣廠的確認，這個鑄幣廠就好比是一家銀行。”

聲音 | 人民法院報：區塊鏈等固證存證手段在司法領域深度運用:今日，人民法院報刊文指出，智慧法院建設給司法帶來深刻變化。如互聯網訴訟平臺建設，包括在線訴訟的當事人身份認證、在線立案、在線庭審、電子證據認證、電子送達、電子簽名、電子筆錄、電子檔案等，其中運用可信時間戳、哈希值校驗、區塊鏈等固證存證手段都表明了前沿技術在司法領域的深度運用。[2018/11/1]

—— 中本聰，《白皮書》

需要注意的是，中本聰無法讓信息變得無法復制。比特幣的每個部分（源代碼、賬本、用戶的私鑰）都是可以復制的。這一切都是可以復制并竄改的。然而，中本聰成功創建了一個系統，讓違反規則的副本變得毫無用處。比特幣網絡通過執行復雜的機制，來決定哪些副本有用，哪些副本沒用。正是該機制為數字世界帶來了稀缺性。這個機制就好比一支舞蹈，需要控制節奏。

即使是中心化賬本，也必須采用統一的時間追蹤方式，才能解決多重支付問題。當一筆交易發生時，我們必須知道交易方、交易金額，以及最重要的，交易時間。在信息領域，沒有時間戳就無法標記貨幣。

“必須強調的一點是，由于我們一直未能解決分布式系統中事件與時間點的關聯問題，去中心化賬本無法實現，直至中本聰發明出了解決方案。”

——Gregory Trubet-skoy（2018）

“時間會帶走一切。”

—— 埃斯庫洛斯（公元前 525 至 456 年）

時間和順序有著非常密切的關系。正如 Leslie Lamport 在 1978 年的論文《分布式系統中的時間、時鐘和事件順序》中所述：“時間概念是我們思維方式的基石。它源自一個更基礎的概念，即，事件的發生順序。” 由于缺少一個中心協調時間點，“先”、“后” 和 “同時” 等看似直觀的概念都沒了參照。用 Lamport 的話來說：“ ‘先發生’這一概念定義的是分布式多進程系統中不變的那部分事件順序。”

換言之：如果我們不能讓某個人來負責管理時間（授時），那么我們如何確定事件發生的順序？如果沒有一個中心參照系，我們如何才能獲得一個可靠的時鐘？

你可能認為這個問題很容易解決，因為每個人都可以使用他們自己的時鐘。但是，只有在每個人的時鐘都準確無誤（且人人都遵守規則）的情況下，這個方法才有效。在一個人們有對立、有利益沖突的系統中，每個人都使用自己的時鐘會是場災難。而且，根據相對論，這一方法無法跨越空間。

來個思維實驗：假設你生活在一個每個人都自己跟蹤事件發生順序的世界中，你可以怎樣欺騙其他人呢？你可以假裝你今天發送的一筆交易其實是昨天的（只是因為某個原因而延遲），這樣你今天花掉的錢就還是你自己的。由于每個去中心化系統本質上都是異步通信，上述場景不只是理論上的思維實驗。消息確實會延遲，時間戳會不準確。再加上相對論效應和宇宙的天然速度限制，我們很難在沒有中心化權威機構或觀察者的情況下辨別事件的先后順序。

“Who's there? Knock knock.”（“咚咚咚！”“誰啊？”）

—— 經典諧音梗

為了更好地說明這個問題，我們來看一個具體的例子。想象一下，你和你的商業伙伴都能夠訪問你公司的銀行賬戶。你的業務遍布全球，因此你是在瑞士開的銀行賬戶，你本人住在紐約，而你的商業伙伴住在悉尼。你這邊的時間是 1 月 3 日，你正在賓館愜意地度過周末夜晚。你的商業伙伴那邊的時間已經是周一上午，她決定使用共享銀行賬戶的借記卡買早餐。當時卡上余額為 615 美元。當地時間為上午 8:21。她的早餐花了 27 美元。

于此同時，你打算用另一張關聯該銀行賬戶的借記卡支付住宿費。此時卡上余額為 615 美元。當地時間為下午 5 : 21。住宿費是 599 美元。

也就是說，你們在同一時刻刷了卡。會發生什么事？（物理學家們，請原諒我使用了 “同一時刻” 這一表述，此處我們暫且忽略相對論效應，以及宇宙中不存在絕對時間這一事實。另外，我們還要假定同步事件概念是存在的。比特幣本身就已經夠復雜了！）

銀行的中央賬簿很可能是一前一后收到這兩筆交易的，這樣你們中必然有一個成了幸運兒，另一個成了倒霉蛋。如果中央賬簿恰好在同一瞬間（精確到毫秒）收到這兩筆交易，銀行就必須決定由誰來花費這筆錢。

那么，如果沒有銀行會怎么樣？誰來決定交易先后？如果不只是你們兩個，而是成百乃至上千人同時交易會怎么樣？如果你不信任這些人該怎么辦？如果有人想要作惡，比如將自己的時鐘撥慢，假裝自己的交易是幾分鐘前的，該怎么辦？

“我們需要一種與時間有關的工具來創建公認的排序，并在不依賴于任何中央協調者的情況下維護唯一的歷史記錄。”

——Giacomo Zucco, 《發現比特幣》（2019）

這就是為什么以往所有關于數字現金的嘗試都離不開中心化注冊表。也就是說，我們必須信任某個人，才能正確決定事務的順序。我們需要中心化參與方來充當中心化時鐘。

比特幣解決這一問題的方法是重新定義時間。比特幣是通過區塊，而非秒來度量時間的。

帝王息爭，乃時光之風采；

將謊言揭穿，讓真相大白；

將歲月印記，給往事封印；

將黑夜堅守，喚黎明醒來；

將惡人懲治，直至其悔改；

—— 莎士比亞，《魯克麗絲受辱記》（1709）

所有時鐘都依賴于規律的過程，也就是我們常說的 “嘀嗒（讀秒聲）”。從本質上來說，老爺鐘發出的滴答聲與現代石英鐘和原子鐘發出的嗡嗡聲沒有任何區別。具體來說，我們利用鐘表中某個部件擺動或振動的次數來度量秒或分鐘。

大型擺鐘的鐘擺很長，擺動起來很明顯。更專業的小型時鐘則需要特殊部件。時鐘的振動頻率（“嘀嗒” 的頻率）取決于其應用場景。

大多數時鐘的振動頻率都是固定的，以便精準報時。然而，有些時鐘的振動頻率是可變的。例如，節拍器就可以預先設置振動頻率，一旦設置完成，就會按照恒定頻率打拍子。比特幣每次 “嘀嗒” 的時間間隔都不同，因為其內部機制存在概率性。不過，二者的目的都一樣：演奏音樂，讓舞蹈可以繼續。

眼前的比特幣不就是一個時鐘嗎？中本聰確實暗示過，整個比特幣網絡就像一個時鐘，用他的話來說，一個分布式時間戳服務器。

在這篇論文中，我們將提出一種通過點對點分布式時間戳服務器來為一組交易的發生順序生成計算證明，從而解決多重支付問題。

—— 中本聰，《比特幣：一種點對點的電子現金系統》（2009）

從比特幣白皮書最后的參考文獻來看，時間戳顯然是一大根本問題。在 8 篇參考文獻中，有 3 篇與時間戳有關：

《如何為數字文檔加上時間戳》，S. Haber，W.S. Stornetta（1991）

《論如何提高數字時間戳的效率和可靠性》，D. Bayer，S. Haber，W.S. Stornetta（1992）

《如何設計一個信任最小化的安全時間戳服務》，H. Massias，X.S. Avila，J.-J. Quisquater（1999）

正如 Haber 和 Stornetta 在 1991 年所述，數字時間戳就是利用計算過程讓用戶（或敵對方）無法向前或向后更改數字文檔的日期。不同于紙質文檔，數字文檔易于篡改，而且篡改時并不一定會在物理媒介上留下任何明顯的跡象。在數字世界，偽造和篡改可以達到無懈可擊的地步。

鑒于信息的可塑性，為數字文檔添加時間戳成了一個非常復雜的過程。直覺的解決方案根本不起作用。以文本文檔為例，只是簡單地在文檔末尾加上一個日期是根本沒用的，因為任何人（包括你自己）都可以輕而易舉地修改日期。更何況，你一開始就可以偽造日期。（未完）

原文鏈接:https://www.swanbitcoin.com/bitcoin-is-time/作者:??Gigi

翻譯&校對: 閔敏 &?阿劍

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